基于真實(shí)情境培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

摘要：本文從真實(shí)情境入手，激發(fā)學(xué)生的真實(shí)情感和興趣，以“情境－問題－活動(dòng)－應(yīng)用”為主線展開教學(xué)過程，幫助學(xué)生深入理解“細(xì)胞衰老和死亡是一種自然的生理過程”，并能夠運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)真實(shí)情境與核心素養(yǎng)的有效融通。

關(guān)鍵詞：真實(shí)情境；生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)；細(xì)胞衰老；細(xì)胞凋亡

文章編號(hào)：1003-7586（2024）05-0029-03 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

《普通高中生物學(xué)諜程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）中指出，關(guān)注和參加與生物科學(xué)技術(shù)有關(guān)的個(gè)人與社會(huì)問題的討論和決策，是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任感的重要途徑。

本文以“細(xì)胞凋亡是編程性死亡”為例，利用真實(shí)情境進(jìn)行創(chuàng)新性教學(xué)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注且積極思考現(xiàn)實(shí)生活中與生物學(xué)有關(guān)的實(shí)際問題，宣傳生物學(xué)知識(shí)和健康的生活方式，識(shí)別偽科學(xué)，從而落實(shí)發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

1教學(xué)內(nèi)容分析

“細(xì)胞凋亡是編程性死亡”為浙科版普通高中教科書《生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》（以下簡稱“教材”）第四章第三節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)的學(xué)業(yè)要求是“舉例說明細(xì)胞的衰老、死亡等生命現(xiàn)象”，需要學(xué)生構(gòu)建次位概念“描述在正常情況下，細(xì)胞衰老和死亡是一種自然的生理過程”。本節(jié)授課對(duì)象為高一年級(jí)學(xué)生，通過之前的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了細(xì)胞的概念、組成成分、形態(tài)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)出入細(xì)胞的方式、代謝過程等基本知識(shí)，對(duì)細(xì)胞有了整體的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，學(xué)生在生活中對(duì)于生物個(gè)體的衰老和死亡也有感性的認(rèn)識(shí)，能夠快速進(jìn)行細(xì)胞的衰老和凋亡的學(xué)習(xí)。

2教學(xué)目標(biāo)

（1）根據(jù)個(gè)體衰老的體征推測細(xì)胞衰老對(duì)應(yīng)的功能性變化，并通過觀察衰老細(xì)胞電鏡圖查找證據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，鍛煉科學(xué)思維，體悟結(jié)構(gòu)與功能觀。

（2）通過分析細(xì)胞衰老的機(jī)制，認(rèn)識(shí)到細(xì)胞衰老是一個(gè)不可抗拒的自然規(guī)律，對(duì)于相關(guān)“延緩衰老”措施的有效性能夠進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，并能提出延緩衰老、健康生活的有效方法，樹立正視衰老、關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)問題的意識(shí)。

（3）根據(jù)圖文資料，在了解細(xì)胞凋亡過程的基礎(chǔ)上，分析細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的區(qū)別，能夠?qū)?xì)胞死亡的實(shí)例進(jìn)行判斷，并能概括出細(xì)胞凋亡的意義，鍛煉歸納、概括的能力，初步形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

3教學(xué)過程

3.1創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引出核心問題

當(dāng)前延緩衰老、健康長壽已成為社會(huì)的熱點(diǎn)議題。教師通過圖文展示生活中常見的相關(guān)醫(yī)美和保健品廣告并提問：同學(xué)們的家人為延緩衰老采取過哪些措施？這些措施是否有效？要研究這個(gè)問題需要了解哪些內(nèi)容？

結(jié)合學(xué)生回答，教師引出本節(jié)課的核心問題：個(gè)體為什么會(huì)衰老？細(xì)胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)和功能單位，個(gè)體衰老和細(xì)胞衰老有什么關(guān)系？哪些方法能有效地延緩衰老？

設(shè)計(jì)意圖：以“如何有效延緩衰老”社會(huì)熱點(diǎn)議題作為切人點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的求知欲，并通過層層思考提出本節(jié)課的核心問題。

3.2初探情境，探究個(gè)體衰老與細(xì)胞衰老的關(guān)系

教師提問：根據(jù)生活見聞，描述老年人有哪些體征？個(gè)體是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞水平會(huì)有哪些生理性變化導(dǎo)致個(gè)體出現(xiàn)衰老的體征？

學(xué)生結(jié)合之前所學(xué)知識(shí)和教師提示“頭發(fā)花白是因?yàn)楹谏睾铣蓽p少，而黑色素的形成需要酶的參與”，推測細(xì)胞衰老的相應(yīng)變化（見圖1）。

教師接著提問：如何證明這些猜想呢？學(xué)生很容易想到通過實(shí)驗(yàn)觀察。學(xué)生根據(jù)細(xì)胞電鏡圖片（見圖2），從細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)方面找出證實(shí)衰老細(xì)胞出現(xiàn)相應(yīng)生理性變化的證據(jù)。教師提醒學(xué)生需要識(shí)別細(xì)胞結(jié)構(gòu)，比較衰老細(xì)胞和正常細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)上的差異，再找出支持衰老細(xì)胞出現(xiàn)功能性變化的相關(guān)證據(jù)。

活動(dòng)過程中，學(xué)生對(duì)于細(xì)胞結(jié)構(gòu)的識(shí)別存在困難，教師適當(dāng)提示，并說明空泡的成因之一是細(xì)胞衰老，水分流失，細(xì)胞質(zhì)濃縮，內(nèi)部出現(xiàn)真空化現(xiàn)象。

活動(dòng)結(jié)束小組代表匯報(bào)討論結(jié)果：圖2a和圖2b對(duì)比，發(fā)現(xiàn)衰老細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)顏色變深，可證明色素沉積；圖2c和圖2d對(duì)比，發(fā)現(xiàn)衰老細(xì)胞內(nèi)的線粒體數(shù)量減少，體積增加，進(jìn)而影響細(xì)胞呼吸速率，產(chǎn)熱降低，代謝減慢；圖2e～圖2h對(duì)比，發(fā)現(xiàn)衰老細(xì)胞形成空泡，說明存在水分流失的情況，且出現(xiàn)染色質(zhì)凝聚、溶解，核膜內(nèi)陷等變化。

學(xué)生并未從材料中找到酶活性降低、鈣離子吸收降低的證據(jù)，教師補(bǔ)充，通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明，由于細(xì)胞產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性物質(zhì)的積累會(huì)破壞脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等分子，進(jìn)而影響酶活性和細(xì)胞膜的選擇透過性。

教師總結(jié)：通過查找證據(jù)，發(fā)現(xiàn)衰老細(xì)胞確實(shí)出現(xiàn)了形態(tài)結(jié)構(gòu)上的變化，進(jìn)而影響了相應(yīng)的功能，最終體現(xiàn)在個(gè)體表型上，出現(xiàn)衰老的體征。

教師追問：一個(gè)細(xì)胞的衰老是否會(huì)導(dǎo)致一個(gè)個(gè)體的衰老？一個(gè)個(gè)體的衰老是否等同于所有細(xì)胞都衰老？學(xué)生通過思考這兩個(gè)問題，概括個(gè)體衰老與細(xì)胞衰老的關(guān)系并總結(jié)出，細(xì)胞普遍衰老才會(huì)導(dǎo)致個(gè)體的衰老。

設(shè)計(jì)意圖：針對(duì)如何解釋衰老現(xiàn)象，從宏觀個(gè)體水平到微觀細(xì)胞水平，層層遞進(jìn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生思維進(jìn)階，按照問題－猜想－驗(yàn)證的模式，切實(shí)理解生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念。

3.3深入情境，分析細(xì)胞衰老的原因

通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)了解到細(xì)胞普遍衰老才會(huì)導(dǎo)致個(gè)體的衰老。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：細(xì)胞為什么會(huì)走向衰老？學(xué)生通過閱讀教材第131頁第3段，列舉引發(fā)細(xì)胞衰老的因素，并概括細(xì)胞衰老的原因。

教師總結(jié)：細(xì)胞衰老是各種細(xì)胞成分在受到內(nèi)、外環(huán)境的損傷作用后，因缺乏完善的修復(fù)，使遺傳物質(zhì)的“差錯(cuò)”積累，然后導(dǎo)致了細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能的變化的過程，所以這是一個(gè)不可抗拒的必然規(guī)律。

教師繼續(xù)提問：宣傳中常見的一些延緩衰老的方法是否有效？并組織學(xué)生開展活動(dòng)討論，結(jié)合細(xì)胞衰老機(jī)制評(píng)價(jià)以下方法對(duì)延緩衰老的有效性，并說出依據(jù)。

（1）“讓青春延展、讓年輪菁彩——于細(xì)胞注射”。干細(xì)胞是一類具有自我更新能力和多向分化潛能的原始細(xì)胞，具有再生各種組織器官的潛在功能。

（2）“一次水光針等于一千張面膜——向皮膚注射玻尿酸、膠原蛋白等”。玻尿酸主要以膠狀形態(tài)存在于人體皮膚的真皮組織中，主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)水分、增加皮膚容積，讓皮膚看起來飽滿、豐盈、有彈性，所以玻尿酸有很好的保濕作用。

（3）“運(yùn)動(dòng)是最好的青春密碼”。適度的運(yùn)動(dòng)可促進(jìn)細(xì)胞核內(nèi)呼吸因子的水平，防止細(xì)胞中的端?？s短。

（4）“喝出鮮氣十足”。人參皂苷、槲皮素、淫羊藿苷等可以通過影響多種信號(hào)通路，誘導(dǎo)細(xì)胞自噬（細(xì)胞通過自噬可以及時(shí)清除胞內(nèi)廢物）。人參皂苷還可增強(qiáng)正常外周血單核細(xì)胞和CD34+造血干細(xì)胞端粒酶的活性，通過調(diào)控Wnt/B-Catenin信號(hào)通路下調(diào)DNA損傷反應(yīng)。

（5）“飲食上吃好，美容花錢少”。多攝人綠茶、藍(lán)莓、石榴、拘杞等富含抗氧化劑的食物。

小組匯報(bào)討論結(jié)果，各組相互評(píng)價(jià)、補(bǔ)充，最終達(dá)成一致結(jié)論：方法（1），通過局部注射干細(xì)胞，新生細(xì)胞替換了衰老細(xì)胞，可延緩人體某一部位的衰老，但無法改變整體衰老的趨勢；方法（2），向皮膚注射玻尿酸、膠原蛋白等物質(zhì)可保存皮膚水分，使個(gè)體外表看起來更年輕態(tài)，但不能解決導(dǎo)致衰老的本質(zhì)問題；方法（3），適度的運(yùn)動(dòng)能防止端粒縮短，增加細(xì)胞分裂的次數(shù)，保持青春態(tài)，可以延緩機(jī)體的衰老速度；方法（4），人參皂苷、槲皮素、淫羊藿苷等可通過誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，及時(shí)清除胞內(nèi)廢物，且人參皂苷還能延長端粒、減少DNA損傷，因此飲用相應(yīng)口服液對(duì)于延緩衰老有效；方法（5），攝入含抗氧化劑的食物，有利于清除自由基，降低對(duì)DNA、蛋白質(zhì)和脂類等大分子物質(zhì)的損傷，也有一定功效。

教師總結(jié)：結(jié)合細(xì)胞衰老的機(jī)制，可通過一些方式去降低相關(guān)干擾因素對(duì)細(xì)胞的損傷，以延緩衰老的速度，但是并不能逆轉(zhuǎn)或者停滯衰老的進(jìn)程，衰老的細(xì)胞終將凋亡。

設(shè)計(jì)意圖：在明確個(gè)體衰老與細(xì)胞衰老關(guān)系的基礎(chǔ)上，深入了解細(xì)胞衰老的機(jī)制，回歸情境，評(píng)價(jià)相關(guān)“延緩衰老”方法的有效性，辨別偽科學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)問題的責(zé)任意識(shí)，提高學(xué)生運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)解決實(shí)際生活問題的能力。

3.4再探情境，理解細(xì)胞凋亡及意義

衰老細(xì)胞的死亡也稱為細(xì)胞凋亡，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察圖片（見圖3），描述細(xì)胞凋亡及被機(jī)體清除的過程。

教師請學(xué)生判斷圖4是否為凋亡細(xì)胞并說明原因。學(xué)生對(duì)比細(xì)胞凋亡過程細(xì)胞形態(tài)的變化，判斷出該細(xì)胞不是凋亡細(xì)胞，因?yàn)樵摷?xì)胞表面沒有皺縮，且細(xì)胞核變大，細(xì)胞膜裂解。教師介紹該細(xì)胞屬于壞死，是病理性的死亡。機(jī)體受到撞擊或者擦傷時(shí)都會(huì)導(dǎo)致該部位細(xì)胞壞死。

教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活經(jīng)歷，探討受傷部位出現(xiàn)的癥狀，從而引出炎癥反應(yīng)的概念，并補(bǔ)充炎癥是由于細(xì)胞裂解內(nèi)容物流出導(dǎo)致的。教師提問：人體很多部位每天都有細(xì)胞凋亡，作為個(gè)體有什么感覺嗎？為什么細(xì)胞凋亡不會(huì)引發(fā)炎癥反應(yīng)？學(xué)生可分析出細(xì)胞凋亡過程始終有膜結(jié)構(gòu)包被最終被吞噬，所以不會(huì)引發(fā)炎癥反應(yīng)。

教師總結(jié)細(xì)胞凋亡的概念：衰老細(xì)胞的死亡也稱為細(xì)胞凋亡，是細(xì)胞發(fā)育過程中的巋然步驟，是由某種基因引發(fā)的，所以是編程性死亡。這種嚴(yán)格受基因調(diào)控的死亡，屬于正常的生理性變化，不同于病變或傷害導(dǎo)致的病理性死亡。

教師總結(jié)：綜合以上學(xué)習(xí)內(nèi)容，可得出人體的衰老和死亡是由于細(xì)胞普遍衰老和死亡導(dǎo)致的正常的生命歷程，“歲月催人老”是—個(gè)不可抗拒的自然規(guī)律。

設(shè)計(jì)意圖：通過觀察細(xì)胞凋亡的圖片，學(xué)生對(duì)細(xì)胞凋亡的變化有具象的認(rèn)知，并與細(xì)胞壞死進(jìn)行區(qū)別，培養(yǎng)學(xué)生比較和類比的能力。通過分析細(xì)胞凋亡的實(shí)例，概括細(xì)胞凋亡的意義，學(xué)生能夠充分認(rèn)識(shí)到細(xì)胞凋亡是一種自然的生理過程，有利于形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

4教學(xué)反思

本節(jié)課從現(xiàn)實(shí)問題入手，圍繞核心問題，通過層層遞進(jìn)的活動(dòng)設(shè)計(jì)，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)?；谡鎸?shí)情境的問題驅(qū)動(dòng)，提高了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性和主體性，促進(jìn)了其對(duì)概念的理解和構(gòu)建過程，實(shí)現(xiàn)了生物學(xué)知識(shí)與生活實(shí)際的有效融通。通過教學(xué)實(shí)踐，可進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)流程，例如，細(xì)胞電鏡圖的識(shí)別對(duì)學(xué)生有較高難度，教師可先向?qū)W生介紹電鏡圖的特點(diǎn)，同時(shí)展示細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死的電鏡圖，結(jié)合生物體細(xì)胞死亡的實(shí)例，讓學(xué)生自主區(qū)分兩種細(xì)胞死亡方式，并嘗試概括細(xì)胞凋亡的概念及意義。